【综述】二维杂化钙钛矿材料及其异质结构

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近日，美国普渡大学化工系的Letian Dou教授团队在Chemical Society Reviews上发表了题为“Two-dimensional halide perovskite nanomaterials and heterostructures”的综述文章。三维卤素钙钛矿材料的太阳能电池近年来取得了巨大的突破，光电转换效率已达到22.7%，其制备工艺简单、成本较低，具有非常广阔的应用前景。同时，人们对二维钙钛矿材料的研究也方兴未艾。二维钙钛矿载流子寿命较长、发光效率很高、光电性质可调，对缺陷具有很大的容错空间，因此将其与其他的二维材料，包括过渡金属二硫族化合物（transition metal dichalcogenides, TMDs，如MoS₂、WS₂等）和石墨烯等结合可以拓宽二维材料的应用领域，已经的研究报道了这种异质结构在高性能太阳能电池、光探测器、晶体管、存储器等领域的应用。该论文中Letian Dou教授团队系统介绍了二维钙钛矿材料的制备和表征、其与石墨烯、TMDs异质结构的应用，并探讨分析了当前的挑战和未来的发展趋势。

上图总结了不同维度钙钛矿材料的结构，由此可见，二维钙钛矿可以看成是从三维钙钛矿材料中切出的二维薄片。而隔离相邻两层二维钙钛矿的是长链的有机阳离子（如丁胺），在每层二维钙钛矿材料中，卤化铅八面体层数的不同直接决定了其带隙。同其他二维材料不同，二维钙钛矿材料的离子导电性更大，层间距更大、耦合更弱，种类更丰富，发光效率更高。而基于二维钙钛矿材料和石墨烯或者二维TMD材料的异质结可以结合二者的优势，得到具有高探测精度的光探测器、高载流子迁移率的晶体管、高性能的电阻存储器。

在前期工作的基础上，Letian Dou教授团队总结了二维钙钛矿材料及其与其他二维材料异质结构的发展方向，通过调控二维材料的结构，进而优化其稳定性和光电性能，以实现更高性能的光电器件。同时，除了现有的二维钙钛矿异质结构，人们可以设计更加优化复杂的异质结构，比如基于不同二维钙钛矿构建横向或者纵向的异质结；取代长链有机阳离子实现纵向的量子阱结构，进而更高效地拆分载流子，提高太阳能电池的性能或者发光效率，以实现更高性能的发光二极管或者激光。

该论文作者为：Enzheng Shi, Yao Gao, Blake P. Finkenauer, Akriti, Aidan H. Coffey and Letian Dou

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Two-dimensional halide perovskite nanomaterials and heterostructures

Chem. Soc. Rev., 2018, DOI: 10.1039/C7CS00886D

Letian Dou教授简介

Letian Dou教授，2009年于北京大学化学与分子工程学院获得学士学位；2014年在美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）获得博士学位（师从Yang Yang教授，co-advisor：UCSB Fred Wudl教授）；2014-2017年在加州大学伯克利分校从事博士后研究（导师Peidong Yang教授），2017年8月加入普渡大学化工系。Letian Dou教授课题组主要从事有机、无机、杂化纳米材料的合成及其在光电器件中的应用；以第一作者或通讯作者在Science、Nature Materials、Nature Photonics、Nature Communications、Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、J. Am. Chem. Soc.、Advanced Materials、ACS Nano等国际顶级期刊上发表论文40余篇。

http://www.x-mol.com/university/faculty/49767

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